NO149819B

NO149819B - PROCEDURE FOR SEPARATING PLATINUM AND / OR PALLADIUM FROM Aqueous ACID SOLUTIONS

Info

Publication number: NO149819B
Application number: NO77772150A
Authority: NO
Inventors: Roderick Ivan Edwards; Michael John Nattrass
Original assignee: Nat Inst Metallurg
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-20
Publication date: 1984-03-19
Also published as: DE2726557C2; CA1086070A; FR2355780B3; DE2726557A1; NO149819C; JPS5928614B2; NO772150L; FR2355780A1; US4105742A; JPS5316368A; GB1533542A; BE855936A; ZA763679B

Description

Varmeveksler. Heat exchanger.

Foreliggende oppfinnelse angår i sin alminnelighet varmevekslere, og mer spesielt en varmeveksler-utførelse hvor oppvarmingsfluidet blir oppvarmet og avgir sin varme til et annet fluidum inne i samme kar. The present invention generally relates to heat exchangers, and more particularly to a heat exchanger design where the heating fluid is heated and gives off its heat to another fluid inside the same vessel.

I mange anvendelser av varmeoverfør-ing er det nå blitt meget viktig å sørge for sammentrengte varmevekslere. Dette gjel-der kjernereaktor-anlegg, spesielt for bruk ombord i skip hvor muligheten for å be-grense størrelsen av det samlede anlegg medfører mange fordeler. Hvis det, i stedet for adskilte reaktor- og varmeveksler-en-heter, er mulig å kombinere dem i et enkelt kar, vil det oppnås en nedsettelse av det rom som trenges for anlegget, en besparel-se i de samlede omkostninger for utstyret, rørledningsanlegget vil bli redusert og stør-relsen av skjermingen nedsatt, for å nevne noen av hoved-fordelene. In many applications of heat transfer, it has now become very important to provide constricted heat exchangers. This applies to nuclear reactor facilities, especially for use on board ships where the possibility of limiting the size of the overall facility entails many advantages. If, instead of separate reactor and heat exchanger units, it is possible to combine them in a single vessel, a reduction in the space needed for the plant will be achieved, a saving in the overall costs for the equipment, the pipeline system will be reduced and the size of the shielding reduced, to name a few of the main advantages.

Foreliggende oppfinnelse går derfor ut på en sammentrengt og effektiv varme-vekslings-anordning, og omfatter vegger som danner et vertikalt trykk-kar, en opp-adragende sylindrisk ledeanordning anordnet inne i og i avstand fra trykk-karet og som sammen med dette danner en ringformet kanal, hvor det indre av trykk-karet er delt opp i et damprom og et væskerom ved hjelp av en oppvarmingsfluidumover-flate som ligger over den øvre ende av den sylindriske ledeanordning, samt flere rør gjennom hvilke den væske som skal varmes opp strømmer og som er anordnet inne i trykkaret i flere adskilte grupper, og hvor en første vegganordning er anbragt i den øvre del av trykk-karet for dannelse av flere adskilte innløpskammere og en annen vegganordning er anbragt i den øvre del av trykk-karet for dannelse av flere adskilte utløpskammere som er adskilt fra innløpskammerene, idet rørene i hver enkelt gruppe strekker seg nedover fra et for nevnte gruppe felles innløpskammer, langs veggen i trykk-karet til den nedre ende av kanalen og oppover igjen til et for nevnte gruppe felles utløpskammer, hvor det sær-egne består i at rørene, etter at deres retning er vendt, går skruelinjeformet oppover gjennom kanalen slik at kanalen stort sett fylles, at de rør som ligger ved den ytre overflate av kanalen ved dennes nedre en-de først er bøyet radialt innover og deretter oppover i en skruelinjef ormet bunt som ligger rundt den sylindriske ledeanordning over omtrent hele høyden av kanalen, og at innløpsanordninger er anbragt for tilførsel av oppvarmingsfluidum til den nedre ende av trykk-karet slik at fluidet først strømmer oppover gjennom ledeanordningen til dennes øvre ende og deretter nedover gjennom kanalen. The present invention is therefore based on a compressed and efficient heat exchange device, and includes walls that form a vertical pressure vessel, an upwardly extending cylindrical guide device arranged inside and at a distance from the pressure vessel and which together with this form a ring-shaped channel, where the interior of the pressure vessel is divided into a vapor space and a liquid space by means of a heating fluid surface that lies above the upper end of the cylindrical guide device, as well as several pipes through which the liquid to be heated flows and which is arranged inside the pressure vessel in several separate groups, and where a first wall device is placed in the upper part of the pressure vessel to form several separate inlet chambers and another wall device is placed in the upper part of the pressure vessel to form several separate outlet chambers which are separated from the inlet chambers, the pipes in each individual group extending downwards from an inlet chamber common to said group, along the wall of the pressure vessel to the lower end of the channel and upwards again to a common outlet chamber for the aforementioned group, where the distinctive feature is that the pipes, after their direction has been reversed, go helically upwards through the channel so that the channel is mostly filled, that the pipes lying at the outer surface of the channel at its lower end is first bent radially inwards and then upwards in a helical bundle which lies around the cylindrical guide device over approximately the entire height of the channel, and that inlet devices are arranged for the supply of heating fluid to the lower end of the pressure vessel so that the fluid first flows upwards through the guide device to its upper end and then downwards through the channel.

På vedføyde tegning viser fig. 1 et si-deriss, delvis i snitt, av en kjernereaktor omfattende en varmeveksler i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser et grunnriss av reaktorkaret. Fig. 3 viser, noe skjematisk, et parti av reaktorkaret med anordningen av varme-vekslingsrørene. The attached drawing shows fig. 1 is a side view, partly in section, of a nuclear reactor comprising a heat exchanger according to the invention. Fig. 2 shows a ground plan of the reactor vessel. Fig. 3 shows, somewhat schematically, a part of the reactor vessel with the arrangement of the heat exchange tubes.

I fig. 1 er det vist en kjernereaktor 10 som omfatter et trykk-kar 12 som er lukket ved sin øvre ende ved hjelp av et lokk 14 som er festet med bolter, og som er inne-sluttet i isolasjon 15. Inne i den nedre ende av karet er det en kjerneanordning 16 hvor fisjonskjedereaksjonen finner sted. Denne reaksjon reguleres ved hjelp av styrestaver 18, hvorav bare en er vist, som går nedover gjennom reaktorlokket og strekker seg inn i anordningen 16. Det primære kjølemiddel, som strømmer gjennom anordningen 16 og som også er oppvarmingsfluidet i varmeveksleren i henhold til oppfinnelsen, kommer inn i og forlater karet gjennom flere kombinerte innløp- og utløp-stusser 20 som er anordnet under anordningen 16. In fig. 1 shows a nuclear reactor 10 which comprises a pressure vessel 12 which is closed at its upper end by means of a lid 14 which is fixed with bolts and which is enclosed in insulation 15. Inside the lower end of the vessel there is a core device 16 where the fission chain reaction takes place. This reaction is regulated by means of control rods 18, of which only one is shown, which descends through the reactor lid and extends into the device 16. The primary coolant, which flows through the device 16 and which is also the heating fluid in the heat exchanger according to the invention, comes into and leaves the vessel through several combined inlet and outlet nozzles 20 which are arranged below the device 16.

Karet 12 er innvendig delt opp ved hjelp av en væskeoverflate 22 i et damprom 24 og et væskerom 26 som inneholder oppvarmingsfluidet. Under væskeoverfla-ten strekker en loddrett, sylinderformet ledeplate 28 seg nedover til et sted over anordningen 16. Platen 28 ligger innenfor og danner sammen med veggen i trykk-karet 12 en ringformet kanal 30. The vessel 12 is internally divided by means of a liquid surface 22 into a vapor space 24 and a liquid space 26 which contains the heating fluid. Below the liquid surface, a vertical, cylindrical guide plate 28 extends downwards to a place above the device 16. The plate 28 lies inside and together with the wall of the pressure vessel 12 forms an annular channel 30.

I lokket 14 er det anordnet flere inn-løpskammere 32 og utløpskammere 34 som ligger i avstand fra hverandre. Innløpsrør 36 og utløpsrør 38 er forbundet med hver sine kammere. I bunnen i innløpskamme-ret 32 er det anordnet en rør-plate 40 hvor det er festet flere rør 42. Disse rør 42 strekker seg nedover fra rørplaten og er rettet utover slik at de ligger langs den indre vegg i karet 12 ned til den nedre ende av kanalen 30. Ved den nedre ende av kanalen snur rørene først radialt innover og så oppover. På sin vei gjennom kanalen 30 er rør-ene formet til en skrueformet bunt 44 som omtrent fyller kanalen. Several inlet chambers 32 and outlet chambers 34 are arranged in the lid 14, which are located at a distance from each other. Inlet pipe 36 and outlet pipe 38 are connected to each other's chambers. At the bottom of the inlet chamber 32, a pipe plate 40 is arranged to which several pipes 42 are attached. These pipes 42 extend downwards from the pipe plate and are directed outwards so that they lie along the inner wall of the vessel 12 down to the lower end of the channel 30. At the lower end of the channel, the tubes first turn radially inwards and then upwards. On their way through the channel 30, the tubes are formed into a helical bundle 44 which approximately fills the channel.

Rørene i bunten 44 er anordnet slik at de alle er omtrent like lange i varmeveks-lings-partiet i karet. Bunten 44 består av flere skrueviklede loddrette rekker 46 med hvert rør anordnet i en enkelt rekke. Ek-sempelvis kan bunten inneholde tyve rekker 46, men for å gjøre tegningen klarere er det i fig. 3 bare vist tre rekker 46A, 46B og 46C. Da hver rekke 46 har sin egen diameter, vil hver vinning av et rør 42 i rek-ken 46B være lengre enn et rør i den radialt indre rekke 46A og kortere sammen-lignet med et rør i den radialt ytre rekke 46C. Det er klart at stigningen for skrue-viklingen stiger med diameteren for rek-kene 46A, 46B og 46C. Ved å velge antallet av rør pr. rekke og deres stigning, er det mulig å anordne dem slik at de alle vil væ-re omtrent like lange inne i kanalen 30 og det fluidum som strømmer gjennom hvert rør vil derfor motta omtrent samme var-memengde. I fig. 3 er denne rør-anordning vist temmelig skjematisk for å vise forhol-det mellom stigning og diameter for for-skjellige skrueviklede rekker av rør. The pipes in the bundle 44 are arranged so that they are all approximately the same length in the heat exchange part of the vessel. The bundle 44 consists of several screw-wound vertical rows 46 with each tube arranged in a single row. For example, the bundle may contain twenty rows 46, but to make the drawing clearer, in fig. 3 only shown three rows 46A, 46B and 46C. Since each row 46 has its own diameter, each turn of a tube 42 in the row 46B will be longer than a tube in the radially inner row 46A and shorter compared to a tube in the radially outer row 46C. It is clear that the pitch of the screw winding increases with the diameter for rows 46A, 46B and 46C. By choosing the number of pipes per row and their pitch, it is possible to arrange them so that they will all be approximately the same length inside the channel 30 and the fluid that flows through each pipe will therefore receive approximately the same amount of heat. In fig. 3, this pipe arrangement is shown rather schematically to show the relationship between pitch and diameter for different screw-wound rows of pipes.

Ved den øvre ende av bunten 44, er rørene 42 bøyet oppover fra skrueformen og strekker seg inn i rør-platen 48 i ut-løpskammeret 34. At the upper end of the bundle 44, the pipes 42 are bent upwards from the screw shape and extend into the pipe plate 48 in the outlet chamber 34.

Det vil ses i fig. 1 at tverrsnittet for bunten 44 har form av et loddrett lang-strakt parallellogram. Rørbunten ligger i 30° i forhold til et vannrett plan. Hoved-hensikten med denne skrå anordning er at rørbunten alltid skal holde seg neddykket selv ombord i skip som kan rulle og sette seg. It will be seen in fig. 1 that the cross-section for the bundle 44 has the form of a vertical elongated parallelogram. The pipe bundle is at 30° in relation to a horizontal plane. The main purpose of this inclined device is that the pipe bundle should always remain submerged even on board ships that can roll and settle.

Under drift kommer oppvarmnings-fluidet inn i karet 12 gjennom den kombinerte inngangs- og utløps-stuss 20 og strømmer oppover gjennom kjerneanord-ningen 16 og opptar varme som er utviklet i fisjons-kjedereaksjonen. Fra kjernen fortsetter fluidet oppover til toppen av le-deplaten 28 og snur så og flyter nedover gjennom den ringformede kanal 30 og flyter over den skrueviklede rørbunt 44 og nedløpsrørene 42 som dekker den ytre overflate av kanalen. Etter å ha passert kanalen, flyter fluidet nedover og ut av karet gjennom stussen 20. Oppvarmings-måten for oppvarmingsfluidet utgjør ingen del av foreliggende oppfinnelse, og opp-varmingen kan foregå på mange forskjel-lige måter. During operation, the heating fluid enters the vessel 12 through the combined inlet and outlet nozzle 20 and flows upwards through the core device 16 and absorbs heat developed in the fission chain reaction. From the core, the fluid continues upwards to the top of the guide plate 28 and then turns and flows downwards through the annular channel 30 and flows over the helically wound tube bundle 44 and the downcomers 42 which cover the outer surface of the channel. After passing the channel, the fluid flows downwards and out of the vessel through the spigot 20. The heating method for the heating fluid forms no part of the present invention, and the heating can take place in many different ways.

Det fluidum som skal oppvarmes avgis gjennom innløpsrøret 36 til innløpskam-meret 32 ved hjelp av en pumpe som ikke er vist. Inne i innløpskammeret blir fluidet fordelt til flere rør 42 som først passerer gjennom damprommet 24 og deretter gjennom vaskerommet 26 og som går nedover og dekker den ytre overflate på kanalen 30. Ved den nedre ende av kanalen, snur fluidet og strømmer oppover gjennom den skrueviklede rørbunt 44 i motstrøm til oppvarmingsfluidet og mottar her en overvei-ende del av varmen. Etter å ha fullført sin strøm gjennom bunten 44, passerer fluidet gjennom rørene i damprommet og kommer, inn i utløpskammeret 34. Fra utløpskamme-ret flyter det fluidum som oppvarmes, og som nå er fordampet og overhetet, ut gjennom utløpsrøret 38 til det sted hvor det skal brukes. Selv om den varmeveksler som er beskrevet prinsipielt er en dampgene-rator med engangs-gjennomløp, kunne samme alminnelige anordning brukes for å frembringe en mettet damp-blanding i ut-løpskammeret idet utskilt væske føres til-bake til innløps-kammeret for tilbakefør-ing gjennom rørene. The fluid to be heated is delivered through the inlet pipe 36 to the inlet chamber 32 by means of a pump which is not shown. Inside the inlet chamber, the fluid is distributed to several pipes 42 which first pass through the steam chamber 24 and then through the washing chamber 26 and which go down and cover the outer surface of the channel 30. At the lower end of the channel, the fluid turns and flows upwards through the helically wound tube bundle 44 in countercurrent to the heating fluid and here receives a major part of the heat. After completing its flow through the bundle 44, the fluid passes through the pipes in the vapor space and enters the outlet chamber 34. From the outlet chamber, the heated fluid, which is now vaporized and superheated, flows out through the outlet pipe 38 to the place where it must be used. Although the heat exchanger described is in principle a steam generator with a single passage, the same general arrangement could be used to produce a saturated steam mixture in the outlet chamber, as separated liquid is led back to the inlet chamber for recycling through the pipes.

Inne i varmeveksleren foregår praktisk Practically takes place inside the heat exchanger

talt all varmeoverføring under væskeover-flaten 22, mens bare en ubetydelig varme-mengde overføres til det fluidum som skal considered all heat transfer below the liquid surface 22, while only an insignificant amount of heat is transferred to the fluid to be

oppvarmes mens det passerer gjennom rør-ene i damprommet 24. is heated as it passes through the pipes in the steam room 24.

Selv om det ikke er vist på tegningene, Although not shown in the drawings,

kan de skrueviklede rør understøttes uav-hengig av lokket 14. Selv om den sammentrengte anordning av varmeveksleren med the screw-wound pipes can be supported independently of the cover 14. Although the constricted arrangement of the heat exchanger with

sin varmekilde og skrå rørbunt, betyr spe-sielle fordeler ved bruk ombord i skip, er its heat source and inclined pipe bundle mean special advantages for use on board ships, are

det klart at en slik anordning også kan an-vendes på land. Som allerede nevnt, tren-ger ikke varmekilden å være en kjernereaktor, men kan være hvilken som helst it is clear that such a device can also be used on land. As already mentioned, the heat source need not be a nuclear reactor, but can be any

av andre vel kjente typer i varme-veksler-teknikken. of other well-known types in heat exchanger technology.

En annen fordel ved denne varmeveksler ligger i utførelsen av understøttelsen av Another advantage of this heat exchanger lies in the design of the support

rørbunten, som gjør det mulig å fjerne the tube bundle, which makes it possible to remove

rørene fra karet sammen med lokket. Da the tubes from the tub together with the lid. Then

rørene er delt opp i adskilte grupper som the pipes are divided into separate groups which

ligger mellom tilsvarende innløps- og ut-løpskammere, kan strømmen gjennom en lies between corresponding inlet and outlet chambers, the flow can pass through one

gruppe avbrytes mens de andre fortsetter group is interrupted while the others continue

å være i drift. På denne måten vil et rør-brudd ikke kreve at hele rørbunten tas ut to be in operation. In this way, a pipe break will not require the entire pipe bundle to be removed

av drift. of operation.

Claims

Heat exchanger designed for conduction of

a heating fluid in indirect heat-exchange relationship with a fluid to be heated, and comprising walls forming a vertical pressure vessel, an upwardly projecting cylindrical guide device arranged within and at a distance from the pressure vessel and which together with this forms an annular channel, where the interior of the pressure vessel is divided into a vapor space and a liquid space by means of a heating fluid surface that lies above the upper end of the cylindrical guide device, as well as several pipes through which the liquid must flows are heated and which are arranged inside the pressure vessel in several separate groups, and where a first wall device is placed in the upper part of the pressure vessel to form several separate inlet chambers and another wall device is placed in the upper part of the pressure vessel - the vessel for forming several separate outlet chambers which are separated from the inlet chambers, the pipes in each individual group extending downwards from an inlet chamber common to said group, along the wall of the pressure vessel to the lower end of the channel and upwards again to a for said group of common outlet chambers, characterized in that the pipes (42), after their direction is reversed, go helically upwards through the channel (30) so that the channel is mostly filled, that the pipes which lie at the outer surface of the channel at its lower end are first bent radially inwards and then upwards in a helical bundle (44) which lies around the cylindrical guide device (28) over approximately the entire height of the channel, and that inlet devices (20) are arranged for the supply of heating fluid to the lower end of the pressure vessel (12) so that the fluid first flows upwards through the guide device (28) to its upper end and then downwards through the channel (30).